PT2188106E - Method and device for saving energy in extrusion - Google Patents
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Abstract
Description
11
DESCRIÇÃODESCRIPTION
"MÉTODO E DISPOSITIVO PARA ECONOMIZAR ENERGIA NO PROCESSO DE EXTRUSÃO" A invenção refere-se a um método para economizar energia numa linha de extrusão que compreende pelo menos uma extrusora, uma ferramenta de extrusão, uma secção de arrefecimento e um extrator, em que para a produção de um perfil, pelo menos na extrusora, é introduzida energia sob forma de calor numa matéria sintética para a plastificação, e após o processo de moldagem é retirado novamente o calor ao perfil, pelo menos na secção de arrefecimento, para atingir a estabilidade da forma. A invenção refere-se além disso a um dispositivo correspondente.METHOD AND DEVICE FOR SAVING ENERGY IN THE EXTRUSION PROCESS " The invention relates to a method for energy saving in an extrusion line comprising at least one extruder, an extrusion tool, a cooling section and an extractor, wherein for producing a profile, at least in the extruder, is energy is introduced in the form of heat into a synthetic material for plastification, and after the molding process the heat is again withdrawn to the profile, at least in the cooling section, to achieve shape stability. The invention furthermore relates to a corresponding device.
Na transformação de matéria sintética é do conhecimento fundir a matéria sintética por meio da utilização de energia primária (corrente elétrica, gás natural, ...) e a transformação desta energia em calor de fricção ou calor de aquecimento. A matéria sintética assim fundida é comprimida num molde (moldagem por injeção) ou, tal como na extrusão, comprimida por uma ferramenta e em seguida intensamente arrefecida para atingir a estabilidade da forma. Neste caso trata-se de um congelamento da matéria sintética. Neste arrefecimento intenso produz-se calor perdido, por exemplo ar quente aquando da extrusão de película soprada, água quente na extrusão por tubo ou também na moldagem por injeção. Este calor perdido praticamente não é utilizado até à data. É descarregado para o meio ambiente através de 2 "chillers" (sistemas de refrigeração) ou torres de refrigeração e é portanto perdido.In the transformation of synthetic material it is known to melt the synthetic material through the use of primary energy (electric current, natural gas, ...) and the transformation of this energy into heat of friction or heat of heating. The thus-formed synthetic material is compressed into a mold (injection molding) or, as in the extrusion, compressed by a tool and then intensively cooled to achieve shape stability. In this case it is a freeze of the synthetic material. In this intense cooling, lost heat is produced, for example hot air upon extrusion of blown film, hot water in tube extrusion or also in injection molding. This lost heat is practically unused to date. It is discharged into the environment through 2 "chillers" (cooling systems) or cooling towers and is therefore lost.
Para o transporte dos agentes de refrigeração tais como ar e água são utilizados ventiladores ou insufladores e bombas de circulação. Estes insufladores e bombas de circulação são acionados por meio de um motor elétrico. Numa fábrica de tubos existe normalmente um circuito fechado de água de refrigeração, através do qual a água é transportada por meio de uma bomba para os consumidores individuais, tal como para banhos de refrigeração, refrigeração de engrenagens etc. Os banhos de refrigeração têm uma bomba de circulação própria, a qual leva sempre novamente a água ao produto de matéria sintética a ser refrigerado. A temperatura da água é mantida constante através de um termostato. Outros consumidores acionados com motores elétricos são por exemplo bombas de vácuo. Na extrusão de perfis estão instaladas várias bombas de vácuo numa linha. A partir do estado da técnica são conhecidos os documentos tais como a DE-A 30 37 441, a DE-A 308 15 298 ou a US-A 2006 288 699. A DE-A 30 37 441 descreve o aproveitamento do calor perdido para o pré-aquecimento do material a ser carregado, a DE-A 308 15 298 revela a produção de perfis de matéria sintética de alta precisão a uma velocidade de produção tão elevada quanto possivel e a US-A 2006 288 699 descreve a utilização de um motor Stirling para a recuperação de energia. O objetivo da invenção é a apresentação de um método ou dispositivo, por meio do qual se aproveita o calor retirado no processo do produto de matéria sintética, podendo deste modo, toda a instalação ser operada de forma a economizar 3 energia. Desta forma é minimizado o aquecimento global do meio ambiente. A solução do objetivo quanto à técnica do método é, em conjunto com o conceito genérico da reivindicação 1, caracterizada por, pelo menos uma parte do calor retirado ser transformado em energia mecânica e novamente reencaminhado no processo de extrusão, em que pelo menos o calor retirado na secção de refrigeração é admitido através de um circuito de água de uma máquina termodinâmica e a máquina termodinâmica acionar uma bomba.Ventilators or insufflators and circulation pumps are used for the transport of refrigerants such as air and water. These insufflators and circulation pumps are driven by an electric motor. In a pipe factory there is normally a closed cooling water circuit, through which the water is transported by means of a pump to the individual consumers, such as for cooling baths, cooling of gears etc. The cooling baths have their own circulation pump, which always returns water to the product of synthetic material to be refrigerated. The temperature of the water is kept constant through a thermostat. Other consumers driven by electric motors are for example vacuum pumps. When extruding profiles, several vacuum pumps are installed in one line. Documents such as DE-A 30 37 441, DE-A 308 15 298 or US-A 2006 288 699 are known from the prior art. DE-A 30 37 441 describes the recovery of the heat lost to the pre-heating of the material to be charged, DE-A 308 15 298 discloses the production of high precision synthetic material profiles at a production rate as high as possible, and US-A 2006 288 699 describes the use of a Stirling engine for energy recovery. The object of the invention is the presentation of a method or device, by means of which the heat withdrawn in the process of the product of synthetic material is utilized, so that the whole plant can be operated in a way to save energy. In this way the global warming of the environment is minimized. The method solution according to the method art is, together with the generic concept of claim 1, characterized in that at least a part of the heat withdrawn is converted into mechanical energy and again rerouted in the extrusion process, wherein at least the heat withdrawn in the refrigeration section is admitted through a water circuit of a thermodynamic machine and the thermodynamic machine drives a pump.
Conforme um aperfeiçoamento está previsto que a energia mecânica obtida seja utilizada para o acionamento dos aparelhos integrados no processo de extrusão, tais como as bombas de circulação e/ou os ventiladores e/ou os insufladores, mas também as bombas de vácuo.In accordance with an improvement, it is envisaged that the mechanical energy obtained will be used for the operation of the devices integrated in the extrusion process, such as circulation pumps and / or fans and / or blowers, but also vacuum pumps.
Alternativamente está previsto converter a energia mecânica em energia elétrica e reencaminhar para a rede do abastecedor de energia. Também é pensável utilizar pelo menos uma parte da energia elétrica nas próprias instalações. Considera-se neste caso o acionamento de pequenos consumidores de energia tais como a iluminação de emergência etc. Também é possível a armazenagem de energia em acumuladores. 0 objetivo referente ao dispositivo é, em conjunto com o conceito genérico da reivindicação 5, caracterizado por, pelo menos à secção de refrigeração, ser atribuída uma máquina termodinâmica, por meio da qual a quantidade de calor retirada ao processo poder ser convertida em energia 4 mecânica e a máquina termodinâmica acionar pelo menos uma bomba.Alternatively it is planned to convert the mechanical energy into electrical energy and to re-route to the power supply network. It is also conceivable to use at least a portion of the electricity in the facilities themselves. It is considered in this case the activation of small consumers of energy such as emergency lighting etc. It is also possible to store energy in accumulators. The object relating to the device is, together with the generic concept of claim 5, characterized in that at least the cooling section is assigned a thermodynamic machine, by means of which the amount of heat withdrawn into the process can be converted into energy and the thermodynamic machine drives at least one pump.
Conforme um aperfeiçoamento é aqui proposto que como máquina termodinâmica seja utilizado um motor Stirling, o qual inclui pelo menos uma máquina integrada no processo de extrusão, como por exemplo bombas de circulação e/ou ventiladores e/ou insufladores e/ou bombas de vácuo.According to an improvement it is proposed here that as a thermodynamic machine a Stirling motor is used, which includes at least one machine integrated in the extrusion process, such as circulation pumps and / or fans and / or insufflators and / or vacuum pumps.
Com o método ou dispositivo proposto de acordo com a invenção é pela primeira vez na extrusão, ou seja também na transformação de matéria sintética, proposto um circuito de energia, por meio do qual a energia introduzida para a fundição do granulado de matéria sintética é pelo menos parcialmente reencaminhada novamente ao processo.With the method or device proposed according to the invention, it is for the first time in the extrusion, or also in the transformation of synthetic material, proposed an energy circuit, by means of which the energy introduced for the melting of the synthetic granulate is by the least partially re-routed back to the process.
Nos desenhos é reproduzido de forma esquemática um exemplo de realização da invenção. Estes mostramAn exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the drawings. These show
Fig. 1 o estado da técnica,Fig. 1 shows the state of the art,
Fig. 2 um esquema da instalação com suficiente reserva de água quente eFig. 2 a schematic of the installation with sufficient reserve of hot water and
Fig. 3 um esquema da instalação sem reserva de água quente.Fig. 3 a schematic of the installation without hot water reserve.
Na fig. 1 é representado de forma esquemática um sistema como hoje normalmente está disponível em pavilhões fabris de extrusão. A parte inferior da figura mostra uma instalação de pavilhão fabril normal, na qual uma torre de refrigeração 1 está ligada com um avanço 2 e um retorno 3. Um primeiro motor elétrico 4 aciona uma bomba 5, a qual 5 liga a água com cada instalação de extrusão através das correspondentes condutas de alimentação. Um esquema deste género é representado na parte superior da fig. 1. A conduta de alimentação do avanço da instalação de pavilhão fabril está ligada com um tubo de distribuição com bicos de aspersão 6, através dos quais é conduzida a água num banho de refrigeração 7 para o arrefecimento do tubo de matéria sintética 8. 0 transporte necessário da água de refrigeração compete à bomba de circulação com um motor elétrico 9. Uma correspondente válvula termostática 10 regula a temperatura da água que se encontra no circuito. Se, por exemplo, uma temperatura especifica for ultrapassada, a água do reservatório coletor é então transportada para o retorno do pavilhão fabril, e de forma análoga, do avanço do pavilhão fabril água fresca, mais fria é novamente conduzida para o circuito. A fig. 2 mostra agora a construção de acordo com a invenção, na qual por sua vez, é utilizado para a refrigeração o tubo de refrigeração com bicos de aspersão 6 e o tubo de matéria sintética 8. A construção corresponde essencialmente à da fig. 1. A diferença decisiva consiste contudo no facto de que a água quente que escoa pela regulação termostática alimenta o circuito de água quente 13 (não escoa para a conduta de retorno 3) e os motores elétricos 5 e 9 aplicados serem substituídos por máquinas termodinâmicas 11 e 12. Estas duas máquinas termodinâmicas acionam as respetivas bombas e estão em ligação com o retorno do pavilhão fabril 3 e com mais outra conduta 13 do circuito de água quente e aproveitam deste modo o gradiente de temperatura entre estes dois sistemas de condutas, cuja produção de energia basta para acionar pelo menos as bombas que se encontram no circuito. 6In Fig. 1 is schematically depicted a system as is now commonly available in extrusion manufacturing stands. The lower part of the figure shows a normal factory hall installation in which a cooling tower 1 is connected with an advance 2 and a return 3. A first electric motor 4 drives a pump 5, which connects the water with each installation through the corresponding feed conduits. Such a scheme is shown in the upper part of FIG. The feed line of the plant pavilion plant feed is connected with a delivery pipe with sprinkler nozzles 6 through which water is conducted in a cooling bath 7 for cooling the synthetic tube 8. Transport required by the cooling water competes with the circulation pump with an electric motor 9. A corresponding thermostatic valve 10 regulates the temperature of the water in the circuit. If, for example, a specific temperature is exceeded, the water from the collecting reservoir is then transported back to the factory pavilion and, similarly, to the advance of the cooler, cooler water plant is again directed to the circuit. FIG. 2 now shows the construction according to the invention, in which, in turn, the cooling tube with sprinkler nozzles 6 and the synthetic tube 8 is used for cooling. The construction essentially corresponds to that of fig. 1. The decisive difference is however that the hot water flowing through the thermostatic control feeds the hot water circuit 13 (does not flow into the return conduit 3) and the electric motors 5 and 9 applied are replaced by thermodynamic machines 11 and 12. These two thermodynamic machines drive the respective pumps and are in connection with the return of the factory pavilion 3 and with further piping 13 of the hot water circuit and thus take advantage of the temperature gradient between these two piping systems, whose production power is sufficient to drive at least the pumps in the circuit. 6
Caso ainda não exista água quente no circuito (por exemplo segunda-feira cedo, todas as linhas estão paradas, então não há água quente, embora o circuito de água quente exista), a primeira linha deve contudo arrancar, sendo utilizados sistemas como os representados na fig. 3.If there is still no hot water in the circuit (eg early Monday, all lines are stopped, then there is no hot water, although the hot water circuit exists), the first line must however start, using systems such as those represented in Fig. 3.
As bombas desta linha estão equipadas com motores elétricos e quando a linha estiver a funcionar a um tempo suficiente e que possa existir água quente suficiente, então pode ser comutado para a máquina termodinâmica. 0 acionamento das bombas é portanto possível pelos motores elétricos 9 ou 4 como também pelas máquinas termodinâmicas 11 e 12. Os respetivos acoplamentos 14 regulam a admissão de energia às bombas. Por meio de uma configuração deste género torna-se portanto possível arrancar em primeiro lugar o circuito por meio dos motores elétricos 9 e 4 e quando predominar uma temperatura suficiente no circuito de água quente, arrancar então as máquinas termodinâmicas 11 e 12 e finalmente comutar o acionamento das bombas dos motores elétricos para as máquinas termodinâmicas.The pumps on this line are equipped with electric motors and when the line is running long enough and there is enough hot water, then it can be switched to the thermodynamic machine. The activation of the pumps is therefore possible by the electric motors 9 or 4 as well as by the thermodynamic machines 11 and 12. The respective couplings 14 regulate the intake of energy to the pumps. By such a configuration, it is therefore possible to first start the circuit by means of the electric motors 9 and 4 and when a sufficient temperature prevails in the hot water circuit, then start the thermodynamic machines 11 and 12 and finally switch the the activation of the pumps of the electric motors for the thermodynamic machines.
Devido a este desenvolvimento de acordo com a invenção é possível num circuito de energia reduzir os aparelhos consumidores de energia elétrica ou mesmo substitui-los na sua totalidade. 7Due to this development according to the invention it is possible in a power circuit to reduce the electric energy consuming apparatus or even to replace them in their entirety. 7
Lista dos números de referência: 1 Torre de refrigeração 2 Avanço de pavilhão fabril 3 Retorno de pavilhão fabril 4 Motor elétrico 5 Bomba 6 Tubo de distribuição com bicos de aspersão 7 Banho de refrigeração 8 Tubo de matéria sintética 9 Motor elétrico 10 Válvula termostática 11 Máquina termodinâmica 1 12 Máquina termodinâmica 2 13 Conduta do circuito de água quente 14 AcoplamentoList of reference numbers: 1 Cooling tower 2 Factory flyover 3 Factory pavilion return 4 Electric motor 5 Pump 6 Distribution tube with spray nozzles 7 Cooling bath 8 Synthetic tube 9 Electric motor 10 Thermostatic valve 11 Machine thermodynamics 1 12 Thermodynamic machine 2 13 Hot water circuit 14 Coupling
Lisboa, 24 de Outubro de 2011Lisbon, October 24, 2011
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